俞蘊馨 馬洪石

摘要：流域土地利用顯著影響水質(zhì)質(zhì)量，而湖泊富營養(yǎng)化破壞水生態(tài)系統(tǒng)、威脅水體安全。文章基于SWAT模型劃分洪澤湖上游自然流域邊界，井利用洪澤湖水質(zhì)數(shù)據(jù)及其上游淮河子流域土地利用數(shù)據(jù)，分析了洪澤湖富營養(yǎng)化分布特征及其與流域土地景觀格局之間的關(guān)系。結(jié)果表明，淮河八湖口附近富營養(yǎng)化指數(shù)相對較高，流域內(nèi)景觀格局指數(shù)最大斑塊指數(shù)LPI、面積加權(quán)分形指數(shù)FRAC-AM與湖泊富營養(yǎng)化指數(shù)呈顯著相關(guān)關(guān)系，結(jié)合流域景觀特征認為子流域水體景觀面積降低以及人類日趨頻繁開發(fā)活動是導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化的重要因素，應(yīng)加大對淮河干流水體的保護力度。

關(guān)鍵詞：淮河流域；景觀格局；富營養(yǎng)化；洪澤湖

中圖分類號：X524 文獻標(biāo)志碼：A

前言

城市化進程的不斷加快導(dǎo)致了土地資源利用模式的粗放化與負面化，不恰當(dāng)?shù)耐恋乩脤?dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，在污染物產(chǎn)生、遷移和轉(zhuǎn)化過程中具有重要作用。湖泊水體作為淡水資源的重要部分與生產(chǎn)生活息息相關(guān)，湖泊水體的周期性與難修復(fù)性特征意味著湖泊水體遭受污染，恢復(fù)湖泊生態(tài)環(huán)境質(zhì)量耗時耗力。土地利用影響水質(zhì)，但土地利用統(tǒng)計分析具有一定的局限性，因而以土地利用景觀格局分析模型來探索土地利用與水體之間的關(guān)系成為較多研究的主題，集中在景觀指數(shù)數(shù)值分析、流域景觀結(jié)構(gòu)變化分析以及不同空間尺度的變異特征等方面，而在流域尺度上景觀格局對水環(huán)境質(zhì)量的影響目前還需要細化討論。

富營養(yǎng)化是中國湖泊面臨的突出環(huán)境問題之一。洪澤湖90%的人湖水來自于淮河，而隨著淮河流域人口增長與土地利用強度的不斷上升，流域內(nèi)景觀格局發(fā)生了巨大的變化，洪澤湖長期處于中輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。文章選擇洪澤湖及人湖5 km流域為研究區(qū)域，通過2019年-2021年采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)對洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)進行了評價，綜合流域內(nèi)部景觀格局指數(shù)結(jié)果探究了洪澤湖上游景觀格局與富營養(yǎng)化之間的關(guān)系，以期為洪澤湖富營養(yǎng)化管控及其上游淮河流域土地利用優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)與方法

1.1研究區(qū)概況

洪澤湖是中國第四大淡水湖，也是江蘇省第二大淡水湖，水域面積約1 600平方千米。洪澤湖地處淮河中下游結(jié)合部位于江蘇省北部，分屬淮安、宿遷兩市，地理位置在東經(jīng)118°10′-118°52′，北緯33°06′-33°40′之間。洪澤湖作為平原淺水湖泊，其水資源補給主要來自地表徑流，其中淮河則是洪澤湖最主要的輸入源。作為南水北調(diào)重要調(diào)蓄庫以及蘇北地區(qū)水源地，洪澤湖資源豐富承擔(dān)區(qū)域內(nèi)水源地、灌溉、航運、改善環(huán)境、涵養(yǎng)水源以及生物多樣性維持等多種功能，具有十分重要的生態(tài)價值。

1.2數(shù)據(jù)來源

為了探究淮河流域陸地要素對洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)的影響，綜合考慮洪澤湖湖泊流域尺度與研究范圍等地理特征因素，選擇洪澤湖上游淮河主干流至人湖口5 km范圍內(nèi)緩沖區(qū)的自然匯水特征流域為主要研究區(qū)域?；贏LOS對地觀測衛(wèi)星掃描合成孔徑雷達載荷采集的12.5 m數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)，利用廣泛應(yīng)用于流域尺度劃分的SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型工具提取淮河干流的自然流域矢量邊界。為了對洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)進行定量化的評價，綜合湖泊空間特征共布設(shè)平均分布于全湖的6個采樣點位進行水質(zhì)采樣，并通過實驗室分析得到各采樣點位相關(guān)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。同時基于2019年-2021年多幅中高分辨率衛(wèi)星遙感影像對劃分子流域內(nèi)部土地利用分類進行解譯，參考《土地利用現(xiàn)狀分類（GB/T 21010-2017）》標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合區(qū)域特征以及研究需要，將影像解譯為耕地、林地、草地、水體以及建設(shè)用地五種類型，得到近三年土地利用類型數(shù)據(jù)。

1.3統(tǒng)計分析

使用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TU）方法來評價洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)，分別選擇葉綠素a（chl-a）、總氮（TP）、總磷（TN）、高錳酸鹽指數(shù)（CODm）和透明度（SD）五個水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)并以葉綠素a（chl-a）為計算基準(zhǔn)參數(shù)計算2019年-2021年三個年度洪澤湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)具體計算公式參照研究，最終指數(shù)計算結(jié)果能夠說明湖泊的富營養(yǎng)化狀態(tài)，一般使用0-100對富營養(yǎng)化狀態(tài)進行分級，指數(shù)值越高營養(yǎng)化程度越高。當(dāng)TU指數(shù)值高于50時一般認為湖泊呈富營養(yǎng)化狀態(tài)，其中TU指數(shù)值在50-60之間為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，在60-70之間為中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，大于70則為重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

景觀格局即各地理實體的類型、數(shù)目在空間上的構(gòu)成與分布特征，景觀指數(shù)則是對景觀格局的高度概括以及定量化表示。但描述景觀格局的指標(biāo)指數(shù)較多且指標(biāo)意義多有重疊，為了快速且全面探究研究區(qū)景觀格局與湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)之間的聯(lián)系，基于研究需要綜合考慮流域與湖泊的地理特征，選取景觀水平上的7個景觀格局指數(shù)（如表1所示）來反映景觀格局特征。利用Frag-stats 4.2軟件與近三年的土地利用類型數(shù)據(jù)對景觀格局指數(shù)進行計算。